WO1998048217A1

WO1998048217A1 - Durchlaufdampferzeuger und verfahren zum anfahren eines durchlaufdampferzeugers

Info

Publication number: WO1998048217A1
Application number: PCT/DE1998/001055
Authority: WO
Inventors: Eberhard Wittchow
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1998-10-29
Also published as: EP0977964B1; DE59805320D1; RU2188357C2; CA2287177A1; EP0977964A1; DE19717158C2; CN1249807A; DK0977964T3; CN1126905C; KR100543383B1; KR20010012074A; US6192837B1; DE19717158A1

Abstract

Bei einem in Zweizugbauart ausgeführten Durchlaufdampferzeuger (1) ist einem ersten Gaszug (8) heizgasseitig über einen Horizontalgaszug (12) ein zweiter Gaszug (14) nachgeschaltet. Bei einem derartigen Durchlaufdampferzeuger (1), der auch bei häufigen Anfahrvorgängen eine besonders lange Lebensdauer aufweisen soll, sind erfindungsgemäß eine Anzahl von für die Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (16) miteinander zu einer Verdampferheizfläche (22) verbunden, die Teil einer Umfassungswand (6) des ersten Gaszuges (8) ist, wobei die die Verdampferheizfläche (22) bildenden Dampferzeugerrohre (16) ausgangsseitig in einen ihnen gemeinsamen, in einer im Vergleich zu einer Unterkante (44) des Horizontalgaszuges (12) niedrigeren Höhe angeordneten Austrittssammler (24) münden, dem strömungsmediumsseitig eine Schottheizfläche (26) nachgeschaltet ist.

Description

Beschreibung

Durchlaufdampferzeuger und Verfahren zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchlaufdampferzeuger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Dampferzeuger ist aus der EP 0 308 728 AI bekannt.

In einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung einer Anzahl von Verdampferrohren, die zusammen die gasdichte Umfassungswand einer Brennkammer bilden, zu einer vollständigen Verdampfung des Strömungsmediums in den Verdampferrohren in einem Durchgang. Das Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - wird nach seiner Verdampfung den Verdampferrohren nachgeschalteten Überhitzerrohren zugeführt und dort überhitzt. Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Naturumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so daß Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (p_krit = 221 bar) - wo es nur noch einen geringen Dichteunterschied gibt zwischen flüssigkeitsähnlichem und dampfähnlichem Medium - möglich sind. Ein hoher Frischdampfdruck begünstigt einen hohen thermischen Wirkungsgrad und somit niedrige C0₂-Emis- sionen eines fossil beheizten Kraftwerks.

Ein derartiger Durchlaufdampferzeuger kann in Einzugbauart oder auch in Zweizugbauart ausgeführt sein. Bei einem Durchlaufdampferzeuger in Einzugbauart sind üblicherweise Dampferzeugerrohre zur Bildung der Umfassungswand eines einzigen Gaszuges gasdicht miteinander verschweißt, wobei der Gaszug vertikal angeordnet ist. Die die Umfassungswand des Gaszuges bildenden Dampferzeugerrohre umfassen dabei in der Regel sowohl Verdampferrohre als auch diesen strömungsmittelseitig nachgeschaltete Uberhitzerrohre. In einem unteren Raumbereich des Gaszuges ist üblicherweise eine Brennkammer mit einer Anzahl von Brennern für fossilen Brennstoff vorgesehen. Bei einem Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauart sind üblicherweise ebenfalls Dampferzeugerrohre zur Bildung der Umfassungswand eines vertikal angeordneten ersten Gaszuges gasdicht miteinander verschweißt. Bei dieser Bauart ist dem er- sten Gaszug jedoch heizgasseitig über einen Horizontalgaszug ein zweiter vertikal angeordneter Gaszug nachgeschaltet, dessen Umfassungswand ebenfalls von Dampferzeugerrohren gebildet ist, und der vom Heizgas üblicherweise von oben nach unten durchströmt wird. Ein Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauart weist im Vergleich zu einem Durchlaufdampferzeuger in Einzugbauart üblicherweise eine niedrigere Bauhöhe auf und unterscheidet sich von diesem in einer Anzahl von Auslegungsparametern.

Bei einem Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauart sind die die Umfassungswand des ersten Gaszuges bildenden Dampferzeugerrohre üblicherweise als Verdampferrohre ausgelegt, wohingegen als Überhitzerrohre ausgelegte Dampferzeugerrohre Teil der Umfassungswand des zweiten Gaszuges und/oder Teil einer Wandheizfläche des Horizontalgaszuges sind. Mit anderen Worten: die dem Horizontalgaszug und die dem zweiten Gaszug zugeordneten Dampferzeugerrohre sind den dem ersten Gaszug zugeordneten Dampferzeugerrohren strö ungsmediumsseitig üblicherweise nachgeschaltet. Dazu münden die dem ersten Gaszug zugeordneten Dampferzeugerrohre ausgangsseitig in einen ihnen gemeinsamen Austrittssammler, dem über eine Wasser-Dampf- Trenneinrichtung und über eine Anzahl von im Horizontalgaszug angeordneten Heizflächen ein Eintrittssammler für die dem zweiten Gaszug zugeordneten Dampferzeugerrohre nachgeschaltet ist.

Bei dem aus der EP 0 308 728 AI bekannten Durchlaufdampferzeuger sind eine Anzahl von für die Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren mit- einander zu einer Verdampferheizfläche verbunden, die Teil einer Umfassungswand des ersten Gaszuges ist. Dabei münden die die Verdampferheizfläche bildenden Dampferzeugerrohre ausgangsseitig in einen ihnen gemeinsamen, in einer im Vergleich zu einer Unterkante des Horizontalgaszuges niedrigeren Höhe angeordneten Austrittssammler.

Bei einer derartigen Anordnung können, insbesondere beim auch als Warmstart bezeichneten Anfahren nach einer vergleichsweise kurzen Stillstandszeit vor dem Zünden der Brenner, beim Füllen von Dampferzeugerrohren des noch warmen Durchlaufdampferzeugers mit kaltem Speisewasser erhebliche Temperatur- differenzen zwischen den dem ersten Gaszug zugeordneten

Dampferzeugerrohren und einer Umfassungswand des Horizontalzuges zugeordneten Dampferzeugerrohren auftreten. Derartige Temperaturdifferenzen können insbesondere an einer Verbindungsstelle, an der eine Umfassungswand des ersten Gaszuges mit einer Wand des Horizontalzuges verschweißt ist, unzulässige Wärmespannungen hervorrufen. Aufgrund derartiger Wärmespannungen ist, insbesondere bei häufigen Anfahrvorgängen, die Lebensdauer eines derartigen Durchlaufdampferzeugers infolge hoher Wechselbeanspruchung nur begrenzt. Die Wärmespan- nungen treten dabei in besonderem Maße nach einem nur kurzen Stillstand des Durchlaufdampferzeugers, also beispielsweise nach einem Nachtstillstand, auf, da dann der Durchlaufdampf- erzeuger üblicherweise noch eine im Vergleich zur Temperatur des Speisewassers erhöhte Temperatur aufweist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen in Zweizugbauart ausgeführten Durchlaufdampferzeuger anzugeben, der auch bei häufigen Anfahrvorgängen eine besonders lange Lebensdauer aufweist. Zudem soll ein besonders günstiges Ver- fahren zum Anfahren eines derartigen Durchlaufdampferzeugers angegeben werden.

Bezüglich eines Durchlaufdampferzeugers der obengenannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Austrittssammler strömungsmediumsseitig eine Schottheizfläche unmittelbar nachgeschaltet ist. Unter Schottheizfläche ist dabei eine Anzahl von für den Durchfluß des Strömungsmediums parallel geschalteten, in einen gemeinsamen Eintritts- und in einen gemeinsamen Austrittssammler mündenden Dampferzeugerrohren zu verstehen, wo- bei die Dampferzeugerrohre dicht nebeneinander in einer Ebene liegen und somit eine Anzahl von plattenartigen Heizflächen bilden, die innerhalb des Gaszuges aufgehängt sind.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß für eine besonders lange Lebensdauer des Durchlaufdampferzeugers auch bei häufigen Anfahrvorgängen die WärmeSpannungen zwischen der Umfassungswand des ersten Gaszuges und den Wänden des Horizontalgaszuges besonders gering gehalten sein sollten. Dazu sollten die Temperaturdifferenzen zwischen den unmittelbar vor dem Zünden der Brenner mit kaltem Speisewasser gefüllten, dem ersten Gaszug zugeordneten Dampferzeugerrohren und den bei einem Warmstart noch vergleichsweise heißen Wänden des Horizontalgaszuges besonders gering gehalten sein.

Dazu ist einerseits der Austrittssammler der dem ersten Gaszug zugeordneten Dampferzeugerrohre in einer derart bemessenen Höhe angeordnet, daß ein unmittelbarer Kontakt der vor dem Anfahren mit kaltem Speisewasser gefüllten Dampferzeugerrohre mit den bei einem Warmstart noch heißen Wänden des Ho- rizontalgaszuges vermieden ist. Andererseits sind für eine besonders effektive Kühlung der dem Horizontalgaszug zugeordneten Dampferzeugerrohren bereits während des Anfahrens die zur Dampferzeugung vorgesehenen Heizflächen besonders groß dimensioniert. Dazu ist den die Verdampferheizfläche bilden- den Dampferzeugerrohren als zusätzliche zur Dampferzeugung vorgesehene Heizfläche die Schottheizfläche nachgeschaltet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zweckmäßigerweise ist die Schottheizfläche in einem Raumbereich innerhalb des ersten Gaszuges oberhalb der im ersten Gaszug vorgesehenen Brennkammer angeordnet. Die Schottheizfläche ist somit in einem auch beim Anfahren des Durchlaufdampferzeugers besonders stark beheizten Raumbereich angeordnet und trägt in besonders hohem Maße zur Dampferzeugung bei. Somit wird auch beim Anfahren des Durchlaufdampferzeugers bereits eine große Dampfmenge erzeugt, die zu einer besonders effektiven Kühlung der den als Verdampferrohren vorgesehenen Dampferzeugerrohren nachgeschalteten, als Überhitzerrohre ausgelegten Dampferzeugerrohren beiträgt.

Für besonders geringe Wärmespannungen zwischen den Wandheizflächen des ersten Gaszuges und den Wandheizflächen des Horizontalgaszuges ist in einem Raumbereich oberhalb der im ersten Gaszug angeordneten Brenner und unterhalb der Unterkante des Gaszuges vorteilhafterweise eine annähernd waagerechte Trennlinie zwischen beim Anfahren mit Wasser gefüllten und beim Anfahren mit Dampf gefüllten Dampferzeugerrohren vorgesehen. Diese Trennlinie kann konstruktiv derart ausgebildet sein, daß die an dieser Stelle auftretenden Wärmespannungen besonders gering gehalten sind. Ein Zusammentreffen von beim Anfahren stark unterschiedlich gekühlten Heizflächen im Übergangsbereich vom ersten Gaszug auf den Horizontalgaszug ist somit sicher vermieden.

Dazu ist eine während des Betriebs die von verdampfendem Strömungsmedium durchströmten Verdampferrohre von den von verdampftem Strömungsmedium durchströmten Überhitzerrohren entkoppelnde Wasser-Dampf-Trennvorrichtung in vorteilhafter Ausgestaltung strömungsmittelseitig der Schottheizfläche nachgeschaltet. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist ein dampfseitiger Auslaß der Wasser-Dampf-Trennvorrichtung an einen Eintrittssammler für eine Anzahl weiterer, als Überhitzerrohre vorgesehener Dampferzeugerrohre angeschlossen, wobei diese Dampferzeugerrohre den oberen Teil der Umfassungswand des ersten Gaszuges bilden, und wobei dieser Eintrittssammler in einer im Vergleich zur Unterkante des Horizontalgaszuges geringeren Höhe angeordnet ist. Bezüglich des Verfahren zum Anfahren eines derartigen Durchlaufdampferzeugers in Zweizugbauart wird die genannte Aufgabe gelöst, indem nach dem Einsetzen eines Wasserausstoßes aus den die Verdampferheizfläche bildenden Dampferzeugerrohren deren Strömungsmediumsdurchsatz vorübergehend abgesenkt wird.

Beim Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers wird nämlich ein Teil des in den Verdampferrohren enthaltenen unverdampften Strömungsmediums oder Wassers durch Dampf ersetzt. Dieser Vorgang erfolgt während des Anfahrens und führt zu einem kurzzeitig erhöhten Strömungsmediumsdurchsatz am Austritt der Verdampferrohre, auch als Wasserausstoß bezeichnet. Der Was- serausstoß muß aus dem Durchlaufdampferzeuger üblicherweise abgeführt werden und verursacht daher einen Wärmeverlust für den Durchlaufdampferzeuger.

Bei einem besonders günstigen Verfahren zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers sollte daher der Wasserausstoß besonders gering gehalten sein. Dies ist für den oben dargestellten Durchlaufdampferzeuger erreichbar, indem vor dem Zünden der Brenner die der Umfassungswand des ersten Gaszuges zugeordneten Dampferzeugerrohre zunächst bis zu einer Höhe des ihnen nachgeschalteten Austrittssammlers mit unverda pftem Strömungsmedium gefüllt werden. Überschüssiges unverdampftes Strömungsmedium oder Wasser kann dabei unter Umgehung der Schottheizfläche über ein Bypassventil direkt zur Wasser- Dampf-Trennvorrichtung geleitet werden. Mit dem Zünden der Brenner wird den als Verdampferrohre ausgebildeten Dampferzeugerrohren zunächst ein Anfangsmassenstrom an Strömungsmedium oder Speisewasser zugeführt. Das Strömungsmedium verdampft in den in den Austrittssammler mündenden Dampferzeugerrohren teilweise, wobei das nicht verdampfte Strömungsme- dium in die dem Austrittssammler nachgeschaltete Schottheizfläche gelangt. Da diese ebenfalls als Verdampferheizfläche ausgelegt und somit mit unverdampftem Strömungsmedium be- cυ cυ to to P> P¹ cπ O Cπ o Cπ o Cπ

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigten:

FIG 1 schematisch einen Durchlaufdampferzeuger in

Zweizugbauart,

FIG 2 einen Ausschnitt aus einer Umfassungswand des Durchlaufdampferzeugers nach Figur 1, und

FIG 3 einen Eintrittssammler und einen Austrittssammler des Durchlaufdampferzeugers nach Figur 1.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei- chen versehen.

Der Durchlaufdampferzeuger 1 gemäß Figur 1 umfaßt eine Anzahl von Brennern 2 für einen fossilen Brennstoff, die in Figur 1 anhand ihrer Hauptachsen schematisch dargestellt sind. Die Brenner 2 sind in einer Brennkammer 4 angeordnet, die durch einen unteren Teil der Umfassungswand 6 eines vertikal angeordneten ersten Gaszugs 8 gebildet ist. Die Umfassungswand 6 geht am Unterende des durch sie gebildeten ersten Gaszugs 8 in einen trichterförmigen Boden 10 über.

Der Durchlaufdampferzeuger 1 gemäß Figur 1 ist in Zweizugbauart ausgeführt. Dazu ist dem ersten Gaszug 8 für aus der Verbrennung des fossilen Brennstoffs entstehendes Heizgas über einen Horizontalgaszug 12 ein zweiter Gaszug 14 nachgeschal- tet. Der zweite Gaszug 14 ist dabei ebenfalls vertikal angeordnet .

Die Umfassungswand 6 des ersten Gaszugs 8 ist aus Dampferzeugerrohren 16,17 aufgebaut, die an ihren Längsseiten gasdicht miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt, sind. In analoger Bauweise ist die Umfassungswand 18 des zweiten Gaszugs 14 ebenfalls aus nicht näher dargestellten Dampferzeu- LO o to ro P> P>

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langte unverdampfte Strömungsmedium verdampft dort, so daß der Wasserausstoß des Durchlaufdampferzeugers 1 beim Anfahren und der damit verbundene Wärmeverlust besonders gering ist.

Claims

Patentansprüche

1. Durchlaufdampferzeuger (1) mit einem ersten Gaszug (8), dem heizgasseitig über einen Horizontalgaszug (12) ein zwei- ter Gaszug (14) nachgeschaltet ist, wobei eine Anzahl von für die Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (16) miteinander zu einer Verdampferheizfläche (22) verbunden sind, die Teil einer Umfassungswand (6) des ersten Gaszuges (8) ist, und wobei die die Verdam- pferheizflache (22) bildenden Dampferzeugerrohre (16) ausgangsseitig in einen ihnen gemeinsamen, in einer im Vergleich zu einer Unterkante (44) des Horizontalgaszuges (12) niedrigeren Höhe angeordneten Austrittssarαmler (24) münden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dem Austrittssammler (24) strömungsmediumsseitig eine Schottheizfläche (26) unmittelbar nachgeschaltet ist.

2. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 1, bei dem die Schottheizfläche (26) in einem Raumbereich (32) innerhalb des ersten Gaszuges (8) oberhalb einer Brennkammer (4) angeordnet ist .

3. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schottheizfläche (26) strömungsmediumsseitig eine Wasser- Dampf-Trennvorrichtung (34) nachgeschaltet ist.

4. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 3, bei dem ein dampfseitiger Auslaß (36) der Wasser-Dampf-Trennvorrichtung (34) an einen Eintrittssammler (38) für eine Anzahl weiterer, in der Umfassungswand (6) des ersten Gaszugs (8) geführter Dampferzeugerrohre (17) angeschlossen ist, der in einer im Vergleich zur Unterkante (44) des Horizontalgaszuges (12) geringeren Höhe angeordnet ist.

5. Verfahren zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem nach dem Einsetzen eines Wasserausstoßes aus den die Verdampferheizfläche (22) bildenden Dampferzeugerrohren (16) deren Strömungsmediums- durchsatz abgesenkt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Strömungsmediumsdurchsatz durch die die Verdampferheizfläche (22) bildenden Dampferzeugerrohre (16) nach seiner Absenkung proportional zur Feuerwärmeleistung des Durchlaufdampferzeugers (1) eingestellt wird.